專利名稱：減振皮帶輪性能測試試驗臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及汽車，特別是在汽車設計過程中，用來對汽車上的減振皮帶輪使用的性能進行測試的試驗設備。
背景技術：
汽車在行駛過程中，由于內部各部分的固有頻率不同，車輪、發(fā)動機和運轉系統(tǒng)的不平衡，以及其它一些因素極易引起整車和局部的強烈振動。這種振動使汽車的動力性、經濟性、舒適性和安全性受到影響。
汽車發(fā)動機附件輪系是指通過主軸輪帶動水泵、風扇、發(fā)電機、空調壓縮機等附件工作的一個系統(tǒng)。作為主動構件的主軸輪，是與曲軸直接相接的，它的運轉平穩(wěn)性直接影響著附件的工作狀態(tài)和發(fā)動機的工作質量。但汽車行駛時因路面不平，以及汽缸內的燃氣壓力和運動件的不平衡慣性力周期性變化，都會使曲軸系統(tǒng)和發(fā)動機整機產生振動。曲軸受周期性變化的干擾力作用會使發(fā)動機和傳動系統(tǒng)產生強烈的扭振。這種扭振作為一種振動激勵源，對其它傳動系統(tǒng)的工作質量和壽命產生很大影響。
減振皮帶輪的使用，就是為了降低發(fā)動機和曲軸的激勵振動對附件輪系的影響，緩沖發(fā)動機在激振時的產生的沖擊。減振皮帶輪是一種復合輪，其結構如圖3所示，它由內、外圈901、902和內、外圈之間的減振橡膠905組成。外圈902為鋼旋壓件，內圈901為沖壓件。減振皮帶輪區(qū)別于普通的皮帶輪就是多了一圈減振橡膠905，它是整個減振皮帶輪的關鍵，它可以降低皮帶輪運轉過程中的諧振振幅，減緩變速時的沖擊。
減振橡膠是利用橡膠彈性，它和廣泛使用的金屬彈簧(通常金屬彈簧只能利用一個方向的彈性)作用相比，具有三向(鉛垂、橫向、縱向)彈簧常數。適當的選擇防振橡膠的形狀尺寸，可以使三個方向的彈簧常數達到所希望的數值。同時，為了降低諧振是的振幅，并使由沖擊產生的自由衰減振動盡快停止，彈簧需要具備衰減作用。硫化橡膠的內摩擦比金屬彈簧大1000倍以上，橡膠是通過內摩擦起衰減作用的，橡膠的內摩擦是由橡膠分子與分子之間以及橡膠分子與填充劑之間的相互作用產生的，因此，特別適用于高頻振動。
減振皮帶輪可用于汽車的水泵輪、風扇輪、主軸輪、空調壓縮機漲緊帶輪、減振器、傳感器帶輪、汽車剎車片等。從目前的生產企業(yè)應用情況看，減振皮帶輪則由于技術和工藝條件限制尚處于摸索階段，主要原因是橡膠的減振機理類似減振彈簧，要保證最佳效果，需要選擇合適的阻尼系數CP，而目前設計和生產單位前缺少阻尼系數CP測試手段，無法對設計的減振皮帶輪性能進行檢測。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種減振皮帶輪性能測試試驗臺，該試驗臺可模擬減振皮帶輪的實際運行狀況，并將借助傳感器檢測輪面諧振幅度、內外圈相對扭轉等參數，并將所測得的參數輸出給用于對參數進行分析比較的計算機系統(tǒng)。
本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是減振皮帶輪性能測試試驗臺，它包括臺架、電機及其軸上的被試減振皮帶輪、負載及其軸上的皮帶輪、張緊輪；被試減振皮帶輪、皮帶輪、張緊輪通過皮帶組成輪系；被試減振皮帶輪的外圈和內圈的側壁上分別設有標志；臺架上設有用于感測內圈上標志的標志傳感器、用于感測外圈上標志的標志傳感器、用于測量被試減振皮帶輪徑向位移的激光位移傳感器、用于測量被試減振皮帶輪軸向位移的激光位移傳感器；各傳感器的輸出端與計算機系統(tǒng)連接。
上述方案中，臺架上還設有用于測量被試減振皮帶輪溫度的紅外測溫傳感器，紅外測溫傳感器的輸出端與計算機系統(tǒng)連接。
上述方案中，負載由發(fā)電機和電阻箱組成，發(fā)電機的輸出端與電阻箱的輸入端連接。
上述方案中，臺架包括面板，電機、發(fā)電機、電阻箱設置在面板的下方；輪系和各傳感器設置在面板的上方。
上述方案中，標志傳感器、激光位移傳感器、紅外測溫傳感器通過支架設置在臺架上；支架由支桿和懸臂組成，支桿的上端與懸臂連接，支桿的下端與臺架連接。
上述方案中，兩激光位移傳感器設置在一個支架上，用于測量被試減振皮帶輪徑向位移的激光位移傳感器設置在支桿上，用于測量被試減振皮帶輪軸向位移的激光位移傳感器設置在懸臂下方。
上述方案中，兩標志傳感器分別設置在兩個支架上，它們均設置在懸臂下方。
上述方案中，紅外測溫傳感器設置在懸臂下方。
上述方案中，電機為變頻調速電機，變頻調速電機由計算機控制。
由于可以影響皮帶輪性能的參數很多，本發(fā)明主要基于下面幾個方面的考慮選擇需測量的參數1)減振皮帶輪在運轉過程中的幅頻特性與發(fā)動機運轉的平穩(wěn)性，減振皮帶輪的使用壽命以及發(fā)動機的噪聲緊密相關。所以必須檢測皮帶輪的振動頻率和幅度。
2)由于減振橡膠是彈性物體，在減振皮帶輪轉速到達一定值的時候，內外圈之間要產生扭轉或者相對轉動，即內外圈出現相位差。適當的相對扭轉對降低皮帶輪的振動，緩沖沖擊是有好處的，但是扭轉角度過大，或者在高速運轉過程中內外圈之間連續(xù)出現相對轉動，將對皮帶輪乃至發(fā)動機的安全造成很大影響，為此必須檢測減振皮帶輪內外圈之間的相位差。
3)由于減振皮帶輪是高速運轉，所以隨著工作時間的加長，勢必導致皮帶輪溫度升高。過高的溫度，將導致內層橡膠圈的老化，也會影響多楔帶的使用壽命。所以采取一定方式來檢測皮帶輪的溫度，以方便分析皮帶輪的運轉狀態(tài)與溫度以及溫度與使用壽命間的一系列關系。
因此，本發(fā)明選擇測量皮帶輪在運行時的激勵振動的頻率和振幅、皮帶輪內外圈的相位差、皮帶輪的溫度，當然，本發(fā)明試驗臺也可以用于測量其它參數。
本發(fā)明試驗臺的工作原理為試驗臺由電機輸出動力帶動被試減振皮帶輪，被試減振皮帶輪通過皮帶與張緊輪、負載帶動輪一起組成輪系，帶動負載運轉，模擬減振皮帶輪的運行，激光位移傳感器用來測量減振皮帶輪在運轉過程中的振幅、頻率特性和平穩(wěn)性。標志傳感器測量內外圈之間產生的扭轉或者相對轉動，即內外圈出現相位差。各傳感器的輸出端與計算機系統(tǒng)連接，向計算機系統(tǒng)提供參數，供計算機進行數據分析處理。
本發(fā)明的優(yōu)點還在于1、由于皮帶輪是高速運轉，要采用接觸式的測溫方式是比較困難的，因此本發(fā)明采用具有較高精度的非接觸式的紅外測溫傳感器來測取減振皮帶輪的溫度。
2、電機采用變頻調速電機，計算機可以通過改變電機的頻率來改變輸出轉速和扭矩，控制電機的運轉來模擬發(fā)動機的啟動、加速、減速和正常運轉等不同運行工況，能夠很真實地模擬發(fā)動機的運行情況，這樣就使得各類傳感器檢測減振皮帶輪性能參數更準確，而且，變頻伺服調速電機運轉精度高，運轉平穩(wěn)。
3、負載由發(fā)電機和電阻箱組成，可以通過改變電阻箱的電阻來改變負載的的大小，真實地模擬汽車的運行情況。
4、本發(fā)明結構簡單，成本低。


圖1為本發(fā)明實施例結構主視2為本發(fā)明實施例結構俯視3為被試減振皮帶輪與傳感器的位置關系4為被試減振皮帶輪與傳感器的位置關系5為被試減振皮帶輪的俯視6為計算機系統(tǒng)信號處理原理框圖具體實施方式
如圖1、2所示，本發(fā)明實施例試驗臺包括臺架1、電機2及其軸上的被試減振皮帶輪9、負載3及其軸上的皮帶輪303、張緊輪4。電機2為變頻調速電機，變頻調速電機由計算機控制。被試減振皮帶輪9、皮帶輪303、張緊輪4通過皮帶10組成輪系。如圖5所示，被試減振皮帶輪9的外圈902和內圈901的輪面上畫一條過被試減振皮帶輪中心的白線標志904、903；臺架1上設有用于感測內圈901上標志903的標志傳感器601、用于感測外圈902上標志904的標志傳感器602、用于測量被試減振皮帶輪9徑向位移的激光位移傳感器501、用于測量被試減振皮帶輪9軸向位移的激光位移傳感器502、用于測量被試減振皮帶輪9溫度的紅外測溫傳感器7。各傳感器的輸出端與計算機系統(tǒng)連接。
負載3由發(fā)電機302和電阻箱301組成，發(fā)電機302的輸出端與電阻箱301的輸入端連接。
臺架1包括面板101，電機2、發(fā)電機302、電阻箱301設置在面板101的下方；輪系和各傳感器設置在面板101的上方。
變頻電機可以通過伺服控制器來操控，也可以通過上位機來控制，上位機與控制器通過RS232串口進行雙向通信。本發(fā)明實施例通過上位機來控制電機的運行，這樣能夠更方便準確地測試不同工況下發(fā)動機的運行情況。上位機和變頻控制器之間的通訊用VC++語言來實現。
如圖3、4所示，標志傳感器601、602、激光位移傳感器501、502、紅外測溫傳感器7通過支架8設置在臺架1上；支架8由支桿801和懸臂802組成，支桿801的上端與懸臂802連接，支桿801的下端與臺架1連接。兩激光位移傳感器501、502設置在一個支架8上，用于測量被試減振皮帶輪9徑向位移的激光位移傳感器501設置在支桿801上，用于測量被試減振皮帶輪9軸向位移的激光位移傳感器502設置在懸臂802下方。兩標志傳感器601、602分別設置在兩個支架8上，它們均設置在懸臂802下方；兩標志傳感器601、602的測試光束分別對準內、外圈901、902上的白線標志903、904。紅外測溫傳感器7設置在懸臂802下方。
整個減振皮帶輪性能測試系統(tǒng)包括本發(fā)明試驗臺和計算機系統(tǒng)，如圖6所示，試驗臺上的紅外測溫傳感器7、激光位移傳感器501、502的輸出信號先通過信號調理電路，進行濾波放大，然后分成兩路，一路進電壓表常顯，另一路做A/D轉換，最后進入計算機作相關數據處理與分析。
在試驗臺架上，本發(fā)明實施例采用德國進口激光位移傳感器(型號OD25-05)測試被試減振皮帶輪9在轉動過程中振動的情況，該激光傳感器測量精度高，在測量范圍內可以達到μm數量級，輸出為模擬量，能夠實時反應皮帶輪在轉動過程中的各種振動狀態(tài)。激光位移傳感器為電流輸出，范圍為4-20mA。利用RCV420芯片將它變換為0-5V，然后經過調零電路，A/D轉換，輸入計算機進行處理。
本發(fā)明實施例紅外測溫傳感器7采用型號IRt/c.01-K的紅外測溫傳感器，它為模擬量電壓輸出，范圍0-5V。對于這樣的輸出，可以直接輸入A/D卡，作A/D轉換，然后在計算機上進行數據分析處理。
要準確的檢測出皮帶輪內外圈相位差是有一定難度的，本發(fā)明在過被試減振皮帶輪9中心在輪面上畫一條白線標志903、904，讓兩標志傳感器601、602的測試光束分別對準內外圈上的白線標志903、904。這樣被試減振皮帶輪9轉動的過程中，標志傳感器每檢測到標志線就發(fā)出一個脈沖信號(如輸出一個高電平)。當停轉或低速轉動的時候，兩個標志傳感器同時產生高電平。當內外圈出現扭轉的時候，兩個標志傳感器產生高電平的時間就會有一個時間差，利用這個時間差即可計算內外圈之間的相位差。本發(fā)明實施例采用鎖相環(huán)4046組成的高精度相位測量電路，測量兩信號的相位差精度可以達到0.1度。
本發(fā)明實施例能夠模擬發(fā)動機的各種工況，具有測量參數全，測量精度高等特點。在實際使用過程中，能夠非常真實的反應皮帶輪的各種參數，為以后設計和開發(fā)減振皮帶輪提供了很有價值的資料。
權利要求
1.減振皮帶輪性能測試試驗臺，其特征在于它包括臺架(1)、電機(2)及其軸上的被試減振皮帶輪(9)、負載(3)及其軸上的皮帶輪(303)、張緊輪(4)；被試減振皮帶輪(9)、皮帶輪(303)、張緊輪(4)通過皮帶(10)組成輪系；被試減振皮帶輪(9)的外圈(902)和內圈(901)的側壁上分別設有標志(904、903)；臺架(1)上設有用于感測內圈(901)上標志(903)的標志傳感器(601)、用于感測外圈(902)上標志(904)的標志傳感器(602)、用于測量被試減振皮帶輪(9)徑向位移的激光位移傳感器(501)、用于測量被試減振皮帶輪(9)軸向位移的激光位移傳感器(502)；各傳感器的輸出端與計算機系統(tǒng)連接。
2.如權利要求1所述的試驗臺，其特征在于臺架(1)上還設有用于測量被試減振皮帶輪(9)溫度的紅外測溫傳感器(7)，紅外測溫傳感器(7)的輸出端與計算機系統(tǒng)連接。
3.如權利要求1所述的試驗臺，其特征在于負載(3)由發(fā)電機(302)和電阻箱(301)組成，發(fā)電機(302)的輸出端與電阻箱(301)的輸入端連接。
4.如權利要求3所述的試驗臺，其特征在于臺架(1)包括面板(101)；電機(2)、發(fā)電機(302)、電阻箱(301)設置在面板(101)的下方；輪系和各傳感器設置在面板(101)的上方。
5.如權利要求2所述的試驗臺，其特征在于標志傳感器(601、602)、激光位移傳感器(501、502)、紅外測溫傳感器(7)通過支架(8)設置在臺架(1)上；支架(8)由支桿(801)和懸臂(802)組成，支桿(801)的上端與懸臂(802)連接，支桿(801)的下端與臺架(1)連接。
6.如權利要求5所述的試驗臺，其特征在于兩激光位移傳感器(501、502)設置在一個支架(8)上，用于測量被試減振皮帶輪(9)徑向位移的激光位移傳感器(501)設置在支桿(801)上，用于測量被試減振皮帶輪(9)軸向位移的激光位移傳感器(502)設置在懸臂(802)下方。
7.如權利要求5所述的試驗臺，其特征在于兩標志傳感器(601、602)分別設置在兩個支架(8)上，它們均設置在懸臂(802)下方。
8.如權利要求5所述的試驗臺，其特征在于紅外測溫傳感器(7)設置在懸臂(802)下方。
9.如權利要求1所述的試驗臺，其特征在于電機(2)為變頻調速電機，變頻調速電機由計算機控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及減振皮帶輪性能測試試驗臺，它包括臺架(1)、電機(2)及其軸上的被試減振皮帶輪(9)、負載(3)及其軸上的皮帶輪(303)、張緊輪(4)；被試減振皮帶輪(9)的外圈(902)和內圈(901)的側壁上分別設有標志(904、903)；臺架(1)上設有用于感測標志(903、904)的標志傳感(601、602)、用于測量被試減振皮帶輪(9)徑向位移的激光位移傳感器(501)、用于測量被試減振皮帶輪(9)軸向位移的激光位移傳感器(502)；各傳感器的輸出端與計算機系統(tǒng)連接。本發(fā)明試驗臺可模擬減振皮帶輪的實際運行狀況，并將借助傳感器檢測輪面諧振幅度、內外圈相對扭轉等參數，并將所測得的參數輸出給用于對參數進行分析比較的計算機系統(tǒng)。
文檔編號G01M15/00GK1601248SQ20041006100
公開日2005年3月30日 申請日期2004年10月26日 優(yōu)先權日2004年10月26日
發(fā)明者陳漢汛, 劉利, 徐達偉, 吉孔武, 劉建國, 倪爾東 申請人:武漢理工大學